研究

数量:22 (10)DOI: 10.37532 / 0974 - 7419.2022.22 .219 (10)

解体丙烯腈废水的electro-catalytic治疗使用Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极:动力学、优化和机制

Zhen-xing杨^*1潘,叮²雪,李²,Jian-jun龚¹赵,剑¹Tong-jun赵¹和Shao-hui郭²

¹辽阳庆阳化工公司、有限公司、辽宁,111002年中国

²北京石油和天然气污染控制的重点实验室,中国Petroleum-Beijing大学,北京102249,中国

*通信:: Zhen-xing杨辽阳庆阳化工公司、有限公司、辽宁,111002年电子邮件:yangzx_cup@163.com

收到:2022年的10月28日,手稿。tsac - 22 - 78456;编辑分配:2022年11月1日,PreQC不。tsac - 22 - 78456 (PQ);综述:2022年的11月15日,QC。tsac - 22 - 78456 (Q);修改后:2022年11月19日,手稿没有tsac - 22 - 78456 (R);发表日期:2022年11月21日。DOI: 10.37532 / 0974 - 7419.2022.22 .219 (10)

引用:杨ZX,潘D,李X et al。解体丙烯腈废水的electro-catalytic治疗使用Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极:动力学、优化和机制。肛门化学印第安纳j . 2022; 22 (10): 219。

文摘

准备Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极作为阳极研究丙烯腈废水的去除electro-catalytic技术。氧气进化潜力和氯进化潜在的Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极1.3278 v(和SCE)和1.1243(和SCE),分别比Ru-Ir电极。丙烯腈的electro-catalytic动力学治疗符合零级动力学方程。反应方法(RSM)解释说,交互的=电压、电流和pH值对丙烯腈的去除率与2 fi模型是相一致的。更重要的是,最佳的治疗条件如下:pH值为10.12,反应时间为39.64分钟,和电流为0.81 A。electro-catalytic删除丙烯腈主要是由直接氧化加上间接氧化。丙烯腈获得和失去电子在电极表面直接降解,并直接被羟基自由基氧化吸附在电极表面(阿)。此外,游离氯和羟基自由基(·哦,免费的)而眠电极表面可以间接采集矿物丙烯腈。丙烯腈的去除率,脱氮率,和有机质的矿化率可以达到100.00%,85.87%,和72.40%,分别。根据实验结果,Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极将会是一个有前途的阳极丙烯腈、和electro-catalytic技术被证实是有效的治疗丙烯腈废水脱氮和有机矿化的影响。

关键字

Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极;丙烯腈;2 fi模型;直接氧化加上间接氧化;electro-catalytic技术的

介绍

丙烯腈是一种重要的工业原料,广泛用于合成塑料、丙烯酸纤维,合成橡胶。每年超过500万吨丙烯腈,伴随着等量的废水(1]。丙烯腈废水是一个129年的优先级指定有毒化学物质由美国环境保护署(EPA),和其内容范围从50 mg / L (2000 mg / L2]。包含丙烯腈是高度有毒的废水生化处理和困难。一旦丙烯腈废水进入水环境,它将严重损害生态系统威胁到人类健康。

传统的物理和化学治疗方法如吸附法、生物化学方法和先进的氧化过程(aop)集中用于删除丙烯腈(2- - - - - -10]。然而,限制退出应用这些方法。例如,吸收被雇佣为有效去除丙烯腈的方法。尽管如此,丙烯腈只有经历身体从水相转移到吸收剂而不被损害。此外,解吸的丙烯腈吸收剂是耗时的。预处理对稀释的浓度需要丙烯腈利用生化方法之前,因为高浓度的丙烯腈阻碍了生化处理效率。照片催化超临界水氧化,Fenton-like催化丙烯腈的典型方法有效的破坏,然而他们遭受的缺点,如严格的反应条件,高能源消费和容易产生二次污染。

电催化作用已成为一个有效的废水处理方法等优点,效率高、无二次污染、可操作性强、和低反应条件的要求(11,12)。水organiccontaminants电催化作用的关键消除是电极材料。恶唑₂,PbO₂首席执行官₂,Ti / SnO₂某人,Pt / Ru-Ti SnO₂某人,Ti / SnO₂ruo₂被广泛用作电极材料,吗低降解效率和可怜的电极稳定成为其进一步应用的瓶颈。很长一段时间,Ru-Ir电极研究了能量转换,在医学检测氧进化,进化,氯和环境修复因其优良的电化学性能和稳定性(13- - - - - -25]。然而,Ru-Ir电极的问题低氢氧自由基产量和低过程中有机物去除率electrocatalytic处理的有机废水。要解决这些问题,Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极已经准备通过结合的优势Mn和氧化锡电极的研究小组,和整体已经从根本上提高电化学性能(26]。然而,Mn / Sn的详细electrocatalytic影响掺杂Ru-Ir电极和机械的见解有机破坏仍然公布(图1)。

图1:穿心莲内酯、脱水穿心莲内酯的化学结构。

在这部作品中,Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极用于讨论electro-catalytic处理丙烯腈的动力学和机理模拟废水。更具体地说,本研究的目的是:

1。评估Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极的电化学性能;

2。调查的影响规则electro-catalytic治疗丙烯腈的反应条件;

3所示。多因素优化治疗条件模拟丙烯腈废水使用响应面方法(RSM);

4所示。探索的过程产品和反应机理electro-catalytic丙烯腈。

实验方法

实验装置

Electrocatalytic反应单元是一个定制的电解池的有效容积200毫升。Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极(5.4厘米×5.0厘米×0.2厘米)和铂电极(5.4厘米×5.0厘米×0.2厘米)作为阳极和阴极,分别。阳极和阴极相隔4厘米,并行electrocatalytic反应单元。电磁搅拌器的转速设定在700 rpm。electrocatalytic电流和电压是直流电源提供的(DH1718E5直流电源,北京大华无线电仪器工厂,和中国)。初始pH值调整了盐酸(HCl)和氢氧化钠(氢氧化钠)。所有实验参数都相同,不同的实验。在实验中,废水每10分钟采集标本检测水样索引,包括丙烯腈的浓度、氨氮(NH₃- n),亚硝酸盐(NO₃- n)、锰浸种(没有₂- n)、总氮(TN)、余氯和总有机碳(TOC)。

制备丙烯腈的模拟废水

8.2394克氯化钠和1.25毫升丙烯腈股票解决方案添加到500毫升烧杯适量的超纯水。然后烧杯中的溶液,一起解决冲洗三次的烧杯,玻璃棒,转移到1000毫升容量瓶,之后,容量瓶中充满着超纯水1000毫升。最后,容量瓶是动摇获得混合丙烯腈模拟废水。导致解决方案包含5000 mg / L氯离子和1000 mg / L(或18.85 mol / L)丙烯腈,TN为264.15 mg / L, TOC为680.00 mg / L, NH的浓度₃- n,没有₃- n,没有₂- n、游离氯和总氯都是零。

RSM实验设计

为了理解之间的潜在关系预测变量(自变量)和响应变量(因变量)和计算功能响应相应的独立变量的近似值,工艺参数的综合影响或独立变量在每个响应值是研究利用设计专家10软件通过实验设计、数学建模和流程优化的原则,响应面方法(27]。单因素试验结果的基础上,目前,反应时间,和初始pH值(由x₁,x₂,x₃分别作为独立变量,和丙烯腈去除率作为因变量(Y)。根据Box-Behnken设计的设计原则(bdd),最小值,中值和最大值的相关参数确定。表1显示了在这项研究中自变量参数及其水平。10软件的帮助下设计专家,具体实验参数的响应面模型处理设计,实验结果和分析。

表1。RSM独立变量的参数和水平。

因素		单位	水平
x₁	当前的	一个	0.5	0.75	1
x₂	反应时间	最小值	30.	40	50
x₃	pH值	- - - - - -	7	9	11

2 fi响应模型可以描述系统行为和预测独立变量和响应变量之间的关系,可以表达的多项式方程,方程(1)所示

,y代表响应值或因变量(丙烯腈去除率),x_我和x_k独立变量或因素,₀代表常系数或拦截常数,ai分别线性系数和相互作用系数aik队效力。N是研究因素的数量,是错误的。

统计显著性的检验必须基于总错误标准的置信水平95.0% (p < 0.05)。R₂范围从0到1,R₂是用来表达多项式的拟合性能模型方程。当R₂值更接近于1,模型更准确。为了研究互动过程变量对响应的影响,建立了三维响应面图。

电化学性能分析方法

电化学工作站(CHI660E上海Chenhua仪器有限公司)是用于检测的电化学性能Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极。和饱和甘汞电极(SCE)、铂电极,和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极作为参比电极,辅助电极和工作电极,分别。为了获得氧气进化潜力和氯进化潜力,线性伏安法曲线(LSV) Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极测定饱和氯化钠溶液(氯化钠)和0.5 mol / L硫酸(硫酸),分别。电化学阻抗光谱学(EIS)和循环伏安法(CV)的Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极测定丙烯腈模拟废水。和丙烯腈去除率由公式(1)计算(26]。

方法测试水质指标

酸度计是用于测量博士NH₃- n,没有₃- n,没有₂- n测定使用气相分子吸收光谱仪(GMA3378,中国),和TOC和TN测定液相总有机碳分析仪(TOC-VCPH、日本)。DPD的游离氯和总氯测定试剂(HJ 586 - 2010年),和绑定氯总氯和游离氯的区别。的气相色谱光谱法美国(gc - ms)是用来确定丙烯腈及其反应产物的浓度(26]。高效液相色谱法美国(HPLC)测定2的总和,3-dihydroxybenzoic酸和2,5-dihydroxybenzoic酸含量来确定氢氧自由基的浓度。高效液相色谱法包括LC-10AT真空脱气泵、DGU-12A四元泵、SIL-10AD autosampler,日本岛津制作所RF-10AXL荧光检测器,色谱柱是XDB-C18列等等。(5μm×4.6毫米×150毫米),流动相为3%醋酸solution-Methanol(25) 1.0毫升/分钟的流量,注入体积是10μL,列温度30℃,保留时间是25分钟。所有水使用二次去离子水。

结果和讨论

的电化学性能

图2一个显示氯进化潜在Ru-Ir电极与Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极(和SCE)的扫描速度5 mV / s。为了研究氯Mn-Sn修改的影响进化Ru-Ir电极性能、氯进化电极的电位测定,可以获得在十字路口的切线的水平轴曲线的直线段(28]。氯进化潜在的Ru-Ir电极和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极分别为1.1663 V和1.1243 V(和SCE)分别。氯进化潜在的Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极较低,表明Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极有一个更好的氯进化的性能。在1.3 V, Ru-Ir电极的电流和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极是0.0040和0.0170,分别宣称Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极的导电性比Ru-Ir电极。因此,这一现象表明,Ru-Ir提出电极材料与Mn - Sn可以保持较低的氯进化潜力,促进当前饱和氯化钠溶液的利用率,有利于氯进化的反应。

图2:voltammogram线性扫描曲线,(a)的氯进化潜在的饱和氯化钠溶液,(b)的氧气进化可能在0.5 mol / L H₂所以₄解决方案。

图2 b说明了氧气进化潜在Ru-Ir电极和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极(和SCE)的扫描速度5 mV / s。氧气进化电位测量为探索氯Mn-Sn修改的影响进化Ru-Ir电极的性能,获得了十字路口的切线的水平轴曲线的直线段(28]。氧气进化潜在的Ru-Ir电极和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极分别为1.3145 V和1.3278 V(和SCE),分别。氧气进化潜在的Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极是较高的。在1.5 V, Ru-Ir电极的电流和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极分别为0.0735和0.1371,分别表明Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极的导电性最好Ru-Ir电极的导电性比0.5 mol / L H2SO4溶液(26]。更重要的是,Mn / Sn掺杂Ru-Ir与更高的氧电极进化可能可以更好地抑制氧进化,促进羟基自由基的生成,活性氧和其他活跃的群体,因为下面的氧电极表面生成过程存在(29日]。

当氧气进化潜在的增加,电阻引起的氧代反应(4),增加,混合氧化物燃料+ 1的内容增加,抑制反应(3)的进步,促进了氢氧自由基和活性氧的积累。高浓度的氢氧自由基和活性氧物种可以加快降解丙烯腈。

氢氧自由基的产生

图3描述了氢氧自由基的生产Ru-Ir电极和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极在200毫升10 g / L硫酸钠溶液。氢氧自由基生产测量调查的影响提出一种Mn-Sn Ru-Ir电极的氢氧自由基产量。Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极产生最羟基自由基比Ru-Ir电极在任何相同的反应时间。当反应时间50分钟,Ru-Ir电极的氢氧自由基产量和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极0.9370更易更易/ L L和1.2044,分别。结合FIG.2b,它可以提出宣布Mn-Sn Ru-Ir电极提高了氧气进化潜力,促进羟基自由基的产量,有一个积极的比例增加氧之间的关系进化潜力和羟基自由基的生产。因此,Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极具有较高的氧气进化潜力,更有利于治疗丙烯腈模拟废水。

图3:羟基自由基的生产Ru-Ir电极和Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极。

反应条件对丙烯腈去除率的影响

Electrocatalytic高级氧化法能有效地去除丙烯腈,取决于各种反应条件,如pH值、电压和电流。然而,electrocatalytic反应是复杂和不完全清楚。

pH值的影响

特别是间接electro-oxidation过程中,电解介质的pH值控制的比例H + /哦,和影响的形成和活动中间活性物质(如Cl₂HClO,克罗^{- - - - - -},Cl^{- - - - - -},哦^{- - - - - -},何₂^{- - - - - -}和O₂^{- - - - - -}pH值等),所以被认为是作为电化学系统的一个重要参数。在这种情况下,氯化钠电解介质,氢氧化钠和H₂所以₄被用于pH值调整。在氯介质,Cl₂、HClO和克罗^{- - - - - -}为主要中间活性氯(氧化)物质,显示最好的氧化活动范围的pH < 3 3 < 8和pH > 8分别(27]。初始pH值的影响,在研究了丙烯腈删除2 - 11的范围。

图4显示pH和丙烯腈浓度之间的关系。当pH值为9.00,反应时间是40分钟,丙烯腈含量为零,表明丙烯腈的去除率为100%,和丙烯腈的降解反应速率最高(0.49更易与L / min所示表2),这可能是因为氧化活性粒子的产生,如活性氯和氢氧自由基(OH) pH值为9.00时是非常高的。pH值2.06和11.00时,丙烯腈的去除效果相对较好,主要是由于丙烯腈水解条件下的强酸和强碱。pH值在4.00和5.67之间时,丙烯腈含量变化小,也就是说,丙烯腈去除率是最低的,因为水解程度不高,更重要的是,较高的H +浓度中和活性氧化物质。

图4:初始pH值的影响(a)、电压(c)和电流(e)丙烯腈去除(虚线是拟合回归直线关系),pH值(b)和关系,电压(d),分别为当前(f)和反应速率。

表2。丙烯腈的去除动力学

参数		动力学方程	R₂	反应速率	t_1/2
pH值	2.06	-0.42 y = x + 16.95	0.945	0.42	20.12
	4	-0.39 y = x + 18.94	0.992	0.39	24.06
	5.67	-0.40 y = x + 20.04	0.956	0.4	24.78
	9	-0.49 y = x + 18.71	0.991	0.49	19.22
	11	-0.42 y = x + 17.53	0.971	0.42	20.84
电压	7	-0.20 y = x + 18.99	0.951	0.2	47.21
	8.5	-0.20 y = x + 19.23	0.986	0.2	49.33
	10	-0.50 y = x + 19.00	0.989	0.5	19.18
	12.5	-0.48 y = x + 17.93	0.978	0.48	18.58
	15	-0.51 y = x + 18.96	0.977	0.51	18.76
当前的	0.3	-0.21 y = x + 18.48	0.968	0.21	43.95
	0.5	-0.27 y = x + 18.30	0.975	0.27	34.18
	0.75	-0.35 y = x + 17.70	0.964	0.35	25.48

根据丙烯腈浓度pH值的影响,在图4中,动力学方程,线性相关系数、反应速率和半衰期(丙烯腈去除率为50%时所需反应时间)丙烯腈浓度和反应时间在不同的pH值是所示表2,pH值与反应速率之间的关系是显示在图4 b。

结合图4 b表2,当反应时间是小于或等于40分钟,丙烯腈有近似线性的浓度与反应时间的关系在同样的pH值,具有高线性相关系数(> 0.9),表明electro-catalytic删除法律丙烯腈的符合零级反应,反应速率是不受丙烯腈浓度的影响。pH值的氧化去除率的影响丙烯腈是复杂的。丙烯腈的反应速率下降然后上升,再下降的增加博士的最大去除率丙烯腈(0.49 L / min)更易实现当pH值为9.00,在这个时候,所需的时间是19.22分钟,丙烯腈的去除率为50%。

电压的影响

electro-catalytic氧化过程中,电压会影响电流和电场强度影响带电离子的定向迁移,然后影响水的活性物质的形成,这是反映在污染物含量的变化。根据丙烯腈浓度电压的影响图4摄氏度动力学方程,线性相关系数、反应速率和半衰期(丙烯腈去除率为50%时所需反应时间)丙烯腈浓度和反应时间每个电压下所示表2,电压和反应速率之间的关系中所示图4 d。

图4 c和d描述电压的影响在丙烯腈的氧化去除效果的初始丙烯腈浓度18.85更易/ L和5000 mg / L的氯浓度与Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极作为阳极。电压的影响的氧化去除率丙烯腈是复杂的。在相同电压、丙烯腈的去除率随着反应时间的增加不断增加。如图4 c和表2所示,有一个近似线性的丙烯腈浓度和反应时间之间的关系在同一电压随着反应时间小于或等于40分钟,高线性相关系数(> 0.9),说明electro-catalytic删除法律丙烯腈的符合零级反应,反应速率是不受丙烯腈浓度。丙烯腈的去除率从40.36%上升到100%在40分钟的反应时间,更重要的是,丙烯腈的反应速率氧化去除从0.20增加更易与L / min 0.50更易与L / min的电压变化从8.5 V至10.0 V,因为有效的活性物质的产量在解决方案增加随着电压的增加,促进丙烯腈的显著的去除。然而,当电压低于8.5 V或大于10.0 V,改变电压对丙烯腈的去除率影响不大。电压为7.0 V和8.5 V,丙烯腈的去除率52.39%和53.47%的反应时间50分钟,此外,分别氧化去除丙烯腈的反应速率是基本上维持在约0.20更易与L / min和平均半衰期为48.27分钟,这可能是由于低产生有效的活性物质。之间的电压波动10.0 V和15.0 V,丙烯腈的反应速率氧化去除基本不变,保持约0.50更易/ L / min,半衰期为18.84分钟,平均和丙烯腈的去除率变化小,但能源消费增加。一方面,副反应发生在电极表面,如氧气进化活跃的氧化反应,导致的内容有效物种不积累的增加更高的电压;另一方面,从动力学的角度来看,进入electrocatalytic氧化过程扩散控制阶段,反应速率是影响搅拌速度或反应物的初始浓度,当电压达到一个临界值。在此基础上,可以得出最优电压范围是8.5 V ~ 10.0 V为丙烯腈electro-catalytic氧化过程中去除。

电流的影响

当前影响electro-catalytic氧化过程是一个重要的参数,确定电子的迁移能力和活性物质的产生率(如Cl₂HClO,克罗^{- - - - - -},Cl,哦,₂^{- - - - - -}和O₂^{- - - - - -}等)。

根据当前对丙烯腈浓度的影响在图4 e,动力学方程,线性相关系数,反应速率和半衰期(丙烯腈去除率为50%时所需反应时间)丙烯腈浓度在每个当前表2所示,当前和反应速率之间的关系是显示在图4 f。

图4 e说明当前对丙烯腈的氧化去除效果当丙烯腈的初始浓度为18.85更易与L和氯离子浓度与Mn / Sn 5000 mg / L掺杂Ru-Ir电极作为阳极。当前可以明显促进丙烯腈的氧化去除。目前是0.30、0.50和0.75,丙烯腈的除去率50分钟的反应时间是61.85%,74.60%和90.88%,分别因为更高的电流更有利于活性氧化物质的产量,然后更有利于消除丙烯腈。结合图4 e和表2,丙烯腈有近似线性的浓度与反应时间的关系在相同电流、线性相关系数和高(> 0.9)解释说,electro-catalytic删除丙烯腈符合零级反应,反应速率是不受丙烯腈的浓度。此外,当电流为0.30,0.50和0.75,丙烯腈氧化反应速率的0.21更易与L / min, 0.27更易与L /分钟和0.35更易与L / min分别和半衰期43.95分钟,分别为34.18分和25.48分钟。结合图4 f,丙烯腈氧化的反应速率呈正相关,当前,以及公式的关系如下:

在x和y代表当前(A)和丙烯腈的反应速率(更易与L / min),分别。根据公式(5),电流越高,氧化反应速率越高的丙烯腈。然而,从的角度来看能源消费,过度的电流将会增加能源废水处理的消费,增加废水处理的成本。因此,当前应控制在0.30 - 0.75保持高反应速率的丙烯腈过程中去除electro-catalytic丙烯腈废水的氧化。

RSM设计

2 fi模型:根据RSM肠胃病用药和三级实验设计,13组进行实验,实验结果所示表3。多因素对丙烯腈去除效率的影响进行了分析通过使用软件设计专家,并获得了最优多因素相互作用方程如下:

表3。实验结果的丙烯腈去除electro-catalytic氧化。

次	当前/	反应时间/分钟	pH值	丙烯腈/ %的去除率
1	1	50	9	95.51
2	0.75	30.	11	51.67
3	1	30.	9	71.16
4	1	40	7	88.67
5	0.5	40	7	73.82
6	0.5	50	9	78.16
7	0.5	40	11	43.65
8	1	40	11	90.3
9	0.75	40	9	82.22
10	0.5	30.	9	74.31
11	0.75	50	11	One hundred.
12	0.75	30.	7	80.46
13	0.75	50	7	89.57

,y代表了丙烯腈的去除率(%),x₁x₂和x₃当前,分别反应时间和pH值。

实验值的基础上,费舍尔测试是用于统计检验的回归参数2 fi模型的方差分析。这是明显与2 fi一致模型根据实验结果显示在表4,因为的F值模型为5.18,相对较大,不利于> F的值小于0.05,相关系数R₂可以达到0.84。

表4。RSM方差分析结果。

源	均方	F值	假定值概率F >
源	均方	F值	假定值概率F >
模型	441.75	5.18	0.0328	重要的
x₁	716.27	8.39	0.0274	重要的
x₂	916.79	10.74	0.0169	重要的
x₃	274.93	3.22	0.1228
x₁x₂	105.11	1.23	0.3096
x₁x₃	252.95	2.96	0.1359
x₂x₃	384.44	4.5	0.078

最佳反应条件

根据RSM实验,丙烯腈去除的最佳条件如下:pH值10.12,现在0.81和反应时间39.64分钟。为了进一步验证真实模型的准确性和可靠性,pH值,电流和反应时间改变,再次进行了实验比较实际值和预测值之间的关系的丙烯腈去除率。所示表5的最大误差丙烯腈去除率之间的实际值和预测值为2.01,表明预测值与实验值吻合很好价值,说明2 fi模型公式(6),有良好的准确性和可靠性,RSM是一个强大的工具优化与高精度电化学实验的操作条件。

表5所示。2 fi模型验证数据和反应的结果。

次	当前的一个	反应时间最小值	pH值	实际的去除率%	预测去除率%	错误
1	0.6	35	8	74.54	76.55	2.01
2	0.9	35	8	79.68	80.05	0.37
3	0.8	45	10	84.78	86.28	1.5

图5展示了pH值和反应时间对丙烯腈去除率的影响。随着反应时间小于或等于40分钟,丙烯腈的去除率下降与pH值在同一反应时间的增加,这种结果可能宣布更高浓度的OHcan使活性氯(氯气、次氯酸盐等)更高的氧化性质转变成活性氯(次氯酸盐)较低的氧化特性,降低丙烯腈的去除率。当反应时间大于40分钟,丙烯腈的去除率增加,pH值在同一反应时间的增加,和这一现象可以解释时间的延长增加丙烯腈和活跃的氧化物质之间的接触机会,促进丙烯腈的去除。LD乐动体育官网此外,反应时间对去除率的影响很小丙烯腈作为丙烯腈的pH值是7(中性)。然而,丙烯腈的去除率不断增加随着反应时间的增加在同一酸度在大于7(碱性)。

图5:之间的交互pH值、反应时间和电流

图5 b描绘了pH值和当前对丙烯腈去除率的影响。丙烯腈的去除率随着pH值的增加减少由于减少活性氧化物质过剩的哦,当电流小于或等于0.8。丙烯腈的去除率增加随着pH值的增加在同一电流的电流大于0.8,这结果指定的转换哦^{- - - - - -}成^•哦,被提拔在高电流,提高丙烯腈的去除。然而,当前对去除率的影响很小在中性环境中丙烯腈(pH =)。当pH值大于7(碱性),丙烯腈的去除率不断增加随着电流的增加在同一pH值。

图5度阐述了当前和反应时间对丙烯腈去除率的影响。在任何情况下的反应时间和电流、丙烯腈的去除率随着反应时间的增加和电流增加,表明当前和反应时间总是有很好的协同促进作用丙烯腈。

丙烯腈electro-catalytic退化的机制

电催化氧化途径

在不同扫描速度基本上是类似的。当扫描速度5 mV / s和电压扫描图6曲线显示,简历Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极在溶液中5000 mg / L的氯离子和1000 mg / L丙烯腈。扫描曲线的形状的范围是0 V ~ 1.5 V,电流增加瞬间和一个大峰只出现在1.0 V图6将氯气的生成。100 mV / s的扫描速度和-1.2 V ~ 1.2 V的电压范围为例(如图所示图6 b),当电压大于0 V时,一个明显的小高峰出现在向前扫描速度约0.6 V;在反向扫描,一个小高峰出现在约0.5 V,明显和峰值变小。更重要的是,峰值约为0.6 V基本上是相反的峰值约0.5 V,这现象强调adsorption-desorption丙烯腈的过程。此外,峰值约0.6 V显然大于峰值约0.5 V,这表明一些丙烯腈吸附后经历了氧化分解反应,导致减少峰值在丙烯腈解吸。总之,有adsorption-desorption丙烯腈和丙烯腈在电极表面的氧化反应,生成氯气反应在治疗的过程中丙烯腈模拟废水的电催化技术。

图6:简历曲线模拟丙烯腈废水(a)扫描速度5 mV / s,电压0 V ~ 1.5 V;(b)扫描速度5 mV / s ~ 200 mV / s,电压-1.2 V ~ 1.2 V。

的奈奎斯特图Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极5000 mg / L氯离子的溶液和1000 mg / L丙烯腈(Z”是实部和Z”中显示的虚部)图7。在1.2 V,阻抗图是弧形的,表明控制阶段electro-catalytic氧化去除丙烯腈在电荷转移控制阶段;在1.15 V,阻抗图是弧形,但弧的半径增加很明显,表明模拟丙烯腈废水的处理过程从电荷转移控制阶段解决传质控制阶段在这个电压;当电压1.0 V和1.1 V之间的阻抗图的形式基本上是一条直线,并删除丙烯腈的反应electro-catalytic氧化是在传质控制的阶段。直线的斜率是小于45º,它宣称有一个扩散电极表面势垒层中丙烯腈的electrocatalytic治疗模拟废水。根据这一分析,电压应控制至少1.2 V以上的过程中丙烯腈electro-catalytic氧化去除,这样的控制阶段electro-catalytic氧化去除丙烯腈在电荷转移控制阶段,然后电荷量可以调节通过调节电流,从而达到调节的目的除丙烯腈electro-catalytic氧化的影响。

图7:(一)丙烯腈废水的奈奎斯特图;(b)电解质的影响在模拟丙烯腈废水处理研究与Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极作为阳极和氯化钠和Na2SO4作为电解质,分别(虚线是拟合回归直线关系)。

氯化钠(5000 mg / L Cl -)和Na₂所以₄(10000 mg / L)被用作电解质进行调查的影响间接氧化和直接氧化对丙烯腈去除率与Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极作为阳极(所示图7 b)。最初的丙烯腈浓度为1000 mg / L。丙烯腈的去除率增加随着反应时间的增加,和丙烯腈与氯化钠电解质的去除率高于Na₂所以₄作为电解液。随着丙烯腈去除率与氯化钠电解质在40分钟达到100%,拟合直线的丙烯腈去除率与氯化钠电解质在第一个40分钟是公式(7)所示:

丙烯腈去除率的拟合直线b Na₂所以₄电解液是显示在公式(8):

根据公式(7)和(8)、丙烯腈清除的速率常数是2.50分钟¹和1.81分钟¹分别强调生理盐水更有利于快速切除丙烯腈的直接和间接氧化的综合效应。在氯化钠的存在,可能发生在电极表面的反应如下(30.- - - - - -32]:

根据方程式(9)-(14),氧化活性物种产生的电催化作用包括氯(aq),^•Cl, HClO^•OCl和克罗^{- - - - - -}获得更强的反应性等间接降解有机物(27]。另一方面,电极直接降解丙烯腈的去除率达到71.50%,40分钟的Na₂所以₄。符合事实,丙烯腈的electrocatalytic氧化完成直接氧化加上间接氧化。例如,移除丙烯腈直接氧化和间接氧化率在40分钟分别约占70%和30%。

分析活性氧物种(ROS)

图8游离氯的变化,描述绑定氯和总氯含量在丙烯腈Mn /锡掺杂的氧化Ru-Ir电极5000 mg / L氯离子的溶液和1000 mg / L丙烯腈。游离氯氯次氯酸的形式,次氯酸盐离子和元素溶解氯;绑定氯称为氯氯胺和有机氯胺的形式;总氯的形式称为氯游离氯或氯“约束”,或两者的共存。游离氯和总氯都增加的内容随着时间的增加,但总氯的速度增加大于游离氯,以及它们之间的差异是绑定氯的含量,表明绑定氯的含量继续增加随着时间的增加,和绑定氯的增长速度是最快的,当反应时间是10分30分钟。在50分钟,游离氯的内容,结合氯和总氯0.5649更易与L, 2.4177更易/ L和2.9826更易与L,分别。总之,含氯氧化活性物质能促进丙烯腈的脱氮和有机氮在丙烯腈将转化为复合氯(氯胺和有机氯胺)删除丙烯腈electrocatalytic氧化的过程。

图8:(一)游离氯的变化,绑定氯和总氯含量;(b)氢氧自由基的内容

图8 b提出了氢氧自由基丙烯腈含量被Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极5000 mg / L氯离子的溶液和1000 mg / L丙烯腈。氢氧自由基的最大内容是关于0.10更易/ L,远低于1.20更易/ L(图2),表明氢氧自由基参与了丙烯腈electrocatalytic氧化。氢氧自由基可能直接采集矿物丙烯腈和使用氯物种。更重要的是,氢氧自由基的含量基本稳定,维持在0.06更易与L随着时间的延长,生产和消费的氢氧自由基基本上是平等的反应时间超过20分钟。这些结果宣布氢氧自由基的氧化物质去除丙烯腈。

产品的分析

图9氮含量的产品和描述其内容在丙烯腈与Mn /锡掺杂的氧化Ru-Ir电极在溶液中5000 mg / L的氯离子和1000 mg / L丙烯腈。丙烯腈electro-catalytic氧化产品含有亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,但氨氮没有发现在反应,表明氧化活性氯等物质可以直接攻击三键的碳和氮,氮和有机氮转化为化合物的形式non-ammonia氮。亚硝酸盐氮的含量波动与反应时间的增加,大大增加了从0到15.87 mg / L在50分钟。除此之外,TN的去除率继续上升,达到85.87%,50分钟,宣称丙烯腈的electro-catalytic氧化高氮去除性能

图9:(一)氮产品及其内容;(b) TOC含量的变化

图9 b图的TOC丙烯腈含量氧化锰/ Sn掺杂Ru-Ir电极在溶液中5000 mg / L的氯离子和1000 mg / L丙烯腈。有机碳可以转化为无机碳的过程中消除丙烯腈electro-catalytic氧化。随着反应时间的增加,TOC的去除率逐渐增加,达到72.40%,50分钟,宣称电催化作用技术可以有效地采集矿物丙烯腈。

为了评估有机组件之前和之后的演进electro-catalytic丙烯腈反应模拟废水,气相色谱-光谱法系统(gc - ms)是用于分析有机组成部分。图10插图的gc - ms谱模拟丙烯腈废水被电催化在不同反应时间。丙酮、丙烯腈和羟基乙酸(C₂H₄O₃)被发现在2分钟至3分钟的保留时间,有机化合物匹配97%,分别为98%和89%。丙烯腈的反应超过了,峰面积持续下降到0,表明electrocatalytic降解可以有效地去除丙烯腈。然而,丙酮峰面积很小的波动,表明丙酮是不会产生过程中electro-catalytic丙烯腈。值得一提的是,羟基乙酸检测30分钟后,羟基乙酸的峰面积持续增加随着反应时间的增加,表明hydroxylacetic酸是生产和积累作为反应中间体。这个结果是同意TOC的分矿化。生成的羟基乙酸有良好的生物降解性,可以通过后续的生化系统。

图10:丙烯腈的gc - ms electrocatalytic氧化的总离子色谱图在不同的反应时间。(一)保留时间2.1分钟,3.0分,(b) 2 min-20min保留时间。

该反应过程

根据以上结果,产生游离氯和羟基自由基引起的电催化作用,尤其是丙烯腈adsorption-desorption过程经历了Mn / Sn掺杂Ru-Ir表面电极。下列反应过程因此推测:丙烯腈获得和释放电子在电极表面直接退化。丙烯腈也可以直接被羟基自由基氧化吸附在电极表面(^•哦广告。)27]。此外,自由氯和羟基自由基(^•哦,免费的)desorded从电极表面可以间接采集矿物丙烯腈。该反应过程electro-catalytic治疗提出了丙烯腈的图11所示。

图11:该反应的电催化丙烯腈的治疗过程。

结论

本文证明了electro-catalytic技术与Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极作为阳极能有效地治疗丙烯腈模拟废水。主要结论如下:

与Ru-Ir电极相比,Mn / Sn掺杂Ru-Ir电极有较高的氧气进化潜在的(1.3278 V和SCE)和低氯进化潜在(1.1243 V和SCE);的影响(2)电压、电流和pH值对丙烯腈移除符合零级动力学方程。RSM被用来分析多种因素对丙烯腈的影响模拟废水。治疗结果表明,最优条件electro-catalytic丙烯腈的pH值10.12,反应时间39.64分钟,电流0.81 A。多个因素对丙烯腈去除率的影响符合2 fi模型;(3)有adsorption-desorption过程和催化氧化过程过程中电极表面electrocatalytic丙烯腈,但有一个粒子扩散阻挡层和电极之间的解决方案。Electrocatalytic切除丙烯腈是直接氧化和间接氧化的结果。反应体积200毫升时,氯离子的浓度为5000 mg / L,丙烯腈的浓度为1000 mg / L,反应时间50分钟,目前是1,丙烯腈的去除率可以达到100%,其中氮去除率可以达到85.87%,有机质的矿化率可以达到72.40%。有机产品是羟基乙酸具有良好的生物降解性。总之,electro-catalytic技术是方便和高效的丙烯腈废水脱氮和有机矿化的影响。

公开声明

没有潜在的利益冲突是报告的作者(年代)。

数据可用性声明

作者可以在请求的数据。的数据支持本研究的发现可以从相应的作者,(剑),在合理的请求。